加強基站室外開關(guān)電源高溫集中監(jiān)控的研究分析

賈龍廣

（杭州安佳通信工程有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

近年來，隨著4G的普及和5G的問世，通信行業(yè)快速發(fā)展。各大運營商為了解決流量提升造成的容量和弱覆蓋區(qū)域的問題，已大批量采用室外微型站和拉遠(yuǎn)站等建設(shè)方式。隨著室外型開關(guān)電源的普遍應(yīng)用，室外開關(guān)電源高溫問題越來越多，需要制定針對高溫開關(guān)電源的解決對策。受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等因素的影響，通信服務(wù)面臨更高的要求，同時租賃機(jī)房建站的難度逐漸提升。運營商在建基站時會用到各種設(shè)備，如傳輸光端機(jī)和分布式主設(shè)備等。這些設(shè)備與開關(guān)電源安裝于同一室外機(jī)柜時，必然會造成開關(guān)電源設(shè)備工作環(huán)境溫度的提升。因此，針對室外開關(guān)電源高溫現(xiàn)象，建議采用集中監(jiān)控的方式來解決其對基站室外開關(guān)電源的影響。

1 基站室外開關(guān)電源高溫問題

1.1 高溫的消極影響

基站室外開關(guān)電源面臨高溫問題，如果不及時解決可能會導(dǎo)致諸多問題。第一，開關(guān)電源內(nèi)部整流模塊在運行狀態(tài)下周圍溫度超過60 ℃便會自動開啟高溫保護(hù)，進(jìn)而停止運行[1]。同時，由蓄電池組持續(xù)放電給設(shè)備供電，待機(jī)柜內(nèi)部溫度降低，整流模塊重新恢復(fù)運行后，蓄電池組停止放電，并轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆姞顟B(tài)。反復(fù)多次循環(huán)后，便會影響蓄電池的性能，降低蓄電池容量和使用壽命，也會縮短整流模塊使用期限。若基站沒有配置蓄電池，各項業(yè)務(wù)便會被中斷，阻礙基站的正常運行。第二，受到高溫保護(hù)的影響，傳輸光端機(jī)可能會在運行過程中出現(xiàn)誤碼，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)瞬斷現(xiàn)象。第三，基站中的主設(shè)備在高溫環(huán)境下可能發(fā)生瞬斷，并且影響到網(wǎng)優(yōu)指標(biāo)如BBU和RRU。以上問題的存在會直接降低通話質(zhì)量。

1.2 導(dǎo)致高溫的根本原因

結(jié)合當(dāng)前基站運行現(xiàn)狀，總結(jié)基站在運行過程中室外開關(guān)電源的高溫問題，分析并總結(jié)導(dǎo)致高溫的原因。運營商修建基站時，室外開關(guān)電源比較常見的有中恒、中達(dá)以及艾默生等廠家的室外一體化開關(guān)電源和嵌入式小電源等產(chǎn)品。對比不同產(chǎn)品在基站中的運用效果，可知室外開關(guān)電源高溫與陽光照射關(guān)系密切。因為開關(guān)電源運行環(huán)境比較特殊，長期在室外接受陽光直射，若基站沒有遮陽設(shè)施或者室外開關(guān)電源未安裝熱交換器和風(fēng)扇等降溫設(shè)施，便會因為運行溫度提升而導(dǎo)致故障[2]。此外，開關(guān)電源的進(jìn)出風(fēng)口安裝了防塵網(wǎng)與換熱器。若防塵網(wǎng)與換熱器的清理工作不及時，將導(dǎo)致防塵網(wǎng)換熱器堵塞，也會降低開關(guān)電源散熱性能，造成機(jī)柜內(nèi)溫度的升高，從而影響機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

2 基站室外開關(guān)電源系統(tǒng)

2.1 室外電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通信基站內(nèi)部的電源系統(tǒng)，在設(shè)計階段主要使用交流供電和直流供電兩種形式。其中，交流供電直接連接市電，搭配發(fā)電油機(jī)、交流配電箱以及浪涌保護(hù)器等設(shè)備，有利于優(yōu)化基站供電質(zhì)量。直流供電包括蓄電池組、開關(guān)電源以及直流配電單元等。傳統(tǒng)形式的通信基站通信系統(tǒng)比較多樣，按照2G、3G、4G以及5G修建，必須要有電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)供電，確保基站內(nèi)部設(shè)備能夠正常運行[3]。所以，在運行狀態(tài)下，為了滿足通信需求，基站電能需求量不斷提升。

2.2 基站電力要求

為了避免室外開關(guān)電源高溫故障，5G基站的建設(shè)與運行需要提前制定完善的設(shè)備方案。5G基站一般采用BBU+AAU分布式方式建設(shè)，其中BBU設(shè)備安裝于機(jī)房，AAU單元具有RRU集成和天線陣列等多項功能，需將其放置在室外較高的位置。

對比5G通信技術(shù)和其他通信技術(shù)，BBU功耗方面的需求更大，AAU功耗同樣超過4G通信技術(shù)[4]。所以，對于5G基站內(nèi)部的設(shè)備功耗，至少要超過5 100 W。此外，為了能夠滿足各項通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)需求，基站內(nèi)一般同步建設(shè)其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如2G系統(tǒng)和4G系統(tǒng)等，并配置500 Ah和1 000 Ah等大容量蓄電池組作為后備保障。在基站內(nèi)增設(shè)5G系統(tǒng)設(shè)備，可以提升總功耗至22 000 W，而基站的直流功率也會達(dá)到14 000 W，交流電容量必須大于51.8 A。室外開關(guān)電源的電流容量滿足388 A，供電安全系數(shù)為1.25，設(shè)備總功率為21 800 W，功率因數(shù)為0.8，整流模塊電流為50 A，數(shù)量以9塊為最佳[5]。

2.3 基站室外開關(guān)電源運行原理

要想規(guī)避基站室外開關(guān)電源高溫問題，必須了解開關(guān)電源系統(tǒng)的運行原理[6]。根據(jù)供電方式的不同，基站室外直流供電可分為高壓直流遠(yuǎn)供和室外小電源供電兩種方式。

2.3.1 高壓直流遠(yuǎn)供

高壓直流遠(yuǎn)供方式將近端母站的直流電通過高壓輸送的方式給遠(yuǎn)端子站設(shè)備進(jìn)行供電。母站直流遠(yuǎn)供局端口將開關(guān)電源設(shè)備輸出的-48 V直流電升壓至240～380 V，通過2芯直流電纜將高壓直流電輸送至遠(yuǎn)端子站，由遠(yuǎn)端子基站的遠(yuǎn)端降壓模塊將240～380 V直流電轉(zhuǎn)換為48 V直流電為遠(yuǎn)端通信設(shè)備供電[7]。此供電方式后備保障由母站統(tǒng)籌考慮，遠(yuǎn)端子站不額外配置后備保障設(shè)備。由于主要電源設(shè)備安裝于母站機(jī)房內(nèi)，工作環(huán)境溫度易控制。

2.3.2 室外小電源供電

室外小電源供電即根據(jù)遠(yuǎn)端實際情況，由業(yè)主配電箱引入220 V和380 V交流電，通過室外一體化小電源或安裝于室外機(jī)柜的嵌入式小電源轉(zhuǎn)換為48 V直流電為通信設(shè)備供電。此供電方式需遠(yuǎn)端配置后備保障設(shè)備，如小容量鐵鋰蓄電池和小容量鉛酸蓄電池等[8]。由于小電源安裝于室外機(jī)柜，工作環(huán)境溫度受到自身散熱、機(jī)柜內(nèi)其他設(shè)備散熱以及太陽照射等影響較大，需要加強對此類電源的溫度控制。

3 加強基站室外開關(guān)電源高溫集中監(jiān)控建議

3.1 常規(guī)處理方法

基于基站開關(guān)電源系統(tǒng)，解決室外開關(guān)電源高溫問題，要制定針對性的解決方案，并且通過實踐操作進(jìn)行檢驗。通過驗證后，要保證解決方案的有效性和可行性，之后便可以在基站運行中加以應(yīng)用，避免基站業(yè)務(wù)產(chǎn)生中斷問題，加強通信系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與通信質(zhì)量。

首先，基站處在前期建設(shè)時期，需要分析建設(shè)全過程，尤其是后期基站維護(hù)方面。分析基站室外開關(guān)電源系統(tǒng)的實際運行情況，合理選擇開關(guān)電源的安裝位置。室外開關(guān)電源系統(tǒng)需要設(shè)置在避免陽光直射的部位，以免長時間接受太陽照射提高室外開關(guān)電源溫度而導(dǎo)致設(shè)備高溫過熱問題。若資金充足，在基站建設(shè)期間還可以搭建室外電源開關(guān)的遮陽設(shè)施，達(dá)到降低開關(guān)電源運行溫度的效果[9]。

其次，要加強基站所在地區(qū)的周圍環(huán)境的監(jiān)督、管理以及控制。當(dāng)前，大部分基站在高溫集中監(jiān)控方面并沒有完全實現(xiàn)機(jī)柜高溫預(yù)警干接點從機(jī)柜傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)，所以基站室外開關(guān)電源管理很有可能處在失控狀態(tài)。EPC4890/1800-H90A等開關(guān)電源并未與高溫預(yù)警干接點連接，也會影響高溫集中監(jiān)控效果。設(shè)備內(nèi)部沒有安裝相關(guān)開關(guān)電熱源交換器和故障報警干接點等，所以設(shè)備閑置一些干接點。閑置干接點可以由技術(shù)人員統(tǒng)一處理，轉(zhuǎn)變?yōu)殚_關(guān)電源熱交換器和故障報警干接點，用于室外開關(guān)電源的高溫集中監(jiān)控。既可以避免干接點閑置，又能夠優(yōu)化高溫集中監(jiān)控效果[10]。

最后，重點開展替代運維管理，保證替代檢查和監(jiān)督可以得到深入落實。按照基站現(xiàn)場的溫度情況，采用檢查傳感器明確室外開關(guān)電源的工作狀態(tài)。設(shè)備現(xiàn)場的環(huán)境溫度過高且已經(jīng)達(dá)到警告限定溫度值，技術(shù)人員需要及時進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)備可以繼續(xù)穩(wěn)定運行。熱交換器和通風(fēng)系統(tǒng)也要接受檢查，必須定期清理進(jìn)出風(fēng)口位置防塵網(wǎng)和換熱器，建議以一年為周期。監(jiān)管控制非常重要，遵循“防范為主，解決為輔”的原則，提前分析基站室外開關(guān)電源運行存在的所有影響因素，盡量消除存在的問題，一方面減小資源耗損率，另一方面規(guī)避高溫可能引發(fā)的故障。

3.2 室外開關(guān)電源日常維護(hù)

3.2.1 室外開關(guān)電源清理工作

針對室外開關(guān)電源的日常維護(hù)，需要定期組織清理，尤其是出風(fēng)口的防塵網(wǎng)和換熱器等。具體的，打開交換器進(jìn)風(fēng)口防塵網(wǎng)的擋板，卸下防塵網(wǎng)螺絲，全面清理防塵網(wǎng)，清理干凈后將其進(jìn)行安裝即可。此外，部分開關(guān)電源的熱交換器分別采用不同的方式設(shè)計，所以在清理階段可以不必拆卸，清理進(jìn)出風(fēng)口處防塵網(wǎng)即可，使得清理工作更加簡潔[11]。

3.2.2 做好室外開關(guān)電源散熱工作

室外開關(guān)電源高溫集中監(jiān)控，需要做好散熱工作，保證設(shè)備可以長期處在正常溫度下運行。分析當(dāng)前通信行業(yè)基站比較常用的室外開關(guān)電源散熱系統(tǒng)，可發(fā)現(xiàn)熱交換散熱系統(tǒng)對比常規(guī)風(fēng)扇散熱系統(tǒng)，前者的散熱降溫成效更加明顯。如果是高溫過熱引發(fā)的設(shè)備故障，可以利用熱交換散熱系統(tǒng)予以解決。一方面，開關(guān)電源散熱系統(tǒng)內(nèi)部需要安裝散熱風(fēng)扇，在基站內(nèi)部與外部分別組建風(fēng)扇循環(huán)系統(tǒng)，優(yōu)化散熱效果。另一方面，采用熱交換器散熱，室外開關(guān)電源在散熱方面效果更加明顯。選擇換熱器時，需要搭配內(nèi)外雙重循環(huán)風(fēng)道和疊交銀翹翅片，以提高熱交換散熱成效?；窘ㄔO(shè)期間，若條件允許，可以在室外開關(guān)電源散熱方面采用熱交換器的方法。

3.2.3 集中監(jiān)控

目前，基站建設(shè)方面通常以自主運行模式為主，基站不安排看守人員。為了保證基站內(nèi)部所有設(shè)備的正常運行，一般會安裝動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)。室外開關(guān)電源多采用智能設(shè)備，這一類型的設(shè)備包括多通信接口，可以將動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)與通信接口連接，完成室外開關(guān)電源的集中監(jiān)控。具體實踐過程中，室外開關(guān)電源設(shè)備研發(fā)階段需要將研發(fā)重點集中在散熱運行工況和機(jī)柜溫度遠(yuǎn)程遙控監(jiān)測兩個方面。基站室外開關(guān)電源處在高溫環(huán)境下，也可以利用動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控。同時，管理人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備高溫故障后，能夠及時了解故障信息，通知維護(hù)人員及時處理故障，最大限度地縮短設(shè)備中斷時間，保證基站的通信質(zhì)量[12]。

4 基站室外開關(guān)電源高溫集中監(jiān)控啟示

目前，進(jìn)行室外基站項目的建設(shè)或者對其進(jìn)行持續(xù)性改造，必須要重點關(guān)注室外開關(guān)電源散熱系統(tǒng)的運行效果，分析基站所在地區(qū)的環(huán)境，并且按照基站運行工況，合理選擇散熱設(shè)備，明確設(shè)備型號。對于運行商而言，要加強基站動環(huán)監(jiān)控，制定內(nèi)容全面的集中監(jiān)控制度。一旦室外開關(guān)電源設(shè)備出現(xiàn)故障，以及時發(fā)現(xiàn)并通知維修人員進(jìn)行處理。在此基礎(chǔ)上，室外開關(guān)電源維護(hù)和維修工作可以得到深入落實，避免高溫導(dǎo)致的各項故障，也可以加強室外開關(guān)電源設(shè)備選型的針對性。通過故障常規(guī)處理與日常維護(hù)達(dá)到節(jié)能減排的效果，有利于提高基站通信質(zhì)量。

5 結(jié) 論

綜上所述，基站室外開關(guān)電源高溫集中監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義，在今后基站運行過程中，必須加強集中監(jiān)控，尤其要重視室外開關(guān)電源高溫問題，分別從設(shè)備散熱、清理以及故障維護(hù)等方面著手，制定針對性的優(yōu)化方案，保障基站的運行質(zhì)量。